CN104114973A - 具有杂质过滤器的温度*** - Google Patents

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CN104114973A CN201280062428.8A CN201280062428A CN104114973A CN 104114973 A CN104114973 A CN 104114973A CN 201280062428 A CN201280062428 A CN 201280062428A CN 104114973 A CN104114973 A CN 104114973A
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Abstract

用于控制测试中的装置的温度的温度控制***，其包括流体源和降低由流体源供应的流体的温度的冷却装置，以及输出具有降低的温度的流体至测试中的装置。过滤器设置于测试中的装置和冷却装置之间以滤出导致显著的电荷生成的冰颗粒，从而防止测试中的装置经受作为静电荷生成的结果的高电压。

Description

具有杂质过滤器的温度***
相关申请
本发明要求于2011年10月17日递交到美国专利与商标局的美国专利申请序号为13/274,967的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
背景技术
本发明的公开内容涉及一种具有杂质过滤器的温度***。更具体地，本发明涉及一种具有杂质过滤器的温度***以消除在温度***中循环的或者由温度***提供的流体中的电荷收集和电压产生。
随着小型化、低功率装置的发展，在电子装置的测试中，测试中的装置变得对环境因素更加敏感。在装置的测试过程中许多因素需要被考虑。这些环境因素包括温度、湿度、流体性质和经受流动带电(flow electrification)，即静电荷。如果没有正确地调节环境因素，将会导致装置的损害或者破坏。然而，调节测试平台以适应这些环境因素可能会对装置的正确测试不利。
发明内容
根据一方面，本发明公开了用于提供冷却流体的温度***。所述温度***包括流体源和用于使由流体源提供的冷却流体变冷以生成变冷的流体并且输出该变冷的冷却流体的冷却装置。过滤器接收来自冷却装置的变冷的冷却流体。过滤器包括具有捕捉变冷的冷却流体中的冰颗粒的尺寸的过滤器网。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有大于或等于2μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于10μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于100μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
在一些典型的实施方式中，所述冷却流体包括气体。在一些典型的实施方式中，所述冷却流体包括液体。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网包括不锈钢。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网为荷兰编织结构(Dutch weaveconfiguration)。
根据另一方面，本发明公开了用于提供温度控制的流体的温度控制***。所述温度控制***包括流体源和从该流体源接收流体的流体变冷器，该流体变冷器使所述流体变冷以生成温度控制的流体并且输出该温度控制的流体。过滤器接收所述温度控制的流体。所述过滤器包括具有捕捉温度控制的流体中的冰颗粒的尺寸的过滤器网。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有大于或等于2μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于10μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于100μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
在一些典型的实施方式中，所述冷却流体包括气体。在一些典型的实施方式中，所述冷却流体包括液体。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网包括不锈钢。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网为荷兰编织结构。
在一些典型的实施方式中，所述温度控制***还包括用于加热所述温度控制的流体的加热器。在一些典型的实施方式中，所述加热器接收来自所述过滤器的所述温度控制的流体。
在一些典型的实施方式中，所述温度控制的流体被引至测试中的装置(DUT)以控制DUT中的温度。
根据另一方面，本发明公开了用于卡盘(chuck)的温度控制***。所述温度控制***包括用于生成变冷的流体的循环流体变冷器。所述循环流体变冷器包括用于通过所述***和所述卡盘循环流体的泵，以及使所述流体变冷以生成所述变冷的流体并且输出所述变冷的流体至卡盘的热交换器。过滤器设置在所述热交换器和所述卡盘之间。所述过滤器包括具有捕捉变冷的流体中的冰颗粒的尺寸的过滤器网。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有大于或等于2μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于10μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于100μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
在一些典型的实施方式中，所述冷却流体包括气体。在一些典型的实施方式中，所述冷却流体包括液体。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网包括不锈钢。
在一些典型的实施方式中，所述过滤器网为荷兰编织结构。
附图说明
本发明公开的前述以及其它的特征以及优点通过下述本发明的优选的实施方式的更具体的描述将更加显而易见，相同参考符号在不同的附图中表示相同部分。附图用于表明本发明的原理而不必作为约束、强调。
图1为根据一些典型的实施方式的温度***的示意性框图。
图2A为根据一些典型的实施方式的过滤器的示意性透视图。
图2B为根据一些典型的实施方式的图2A的过滤器的剖面图。
图3为根据另一典型的实施方式的温度***的示意性框图。
图4为根据另一典型的实施方式的温度***的示意性框图。
图5为根据一些典型的实施方式的卡盘的剖面图。
具体实施方式
用于保证质量、特性描述、故障分析和生产测试的热的和冷的环境测试***模拟温度平台，例如-90℃至225℃，在该温度平台下，装置、PCBs、模块和其它组件(在本文中，均同样地涉及测试中的装置(DUT))可能在它们的整个使用寿命中都被暴露于其中。这些测试***提供快速、便捷的热性能测试以及循环生产测试，设计验证和保证质量。所述测试***可以包括温度控制的流体源例如气体，举例为以为商标出售的温度控制设备，如TP04300、TP04310、TP4500或其它由美国马萨诸塞州的Temptronic Corporation of Mansfield制造并出售的类似***，其作为开环或者闭环温度源用于控制温度。本发明的公开内容也可应用于不提供闭环温度控制，但是当然是冷却的流体源例如气体的开环温度***。该流体源例如变冷器单元能够与上述引用的温度控制设备连接。根据本发明公开的内容，其可以被用于装置测试平台，但是，其不必如此应用。
根据本发明公开的温度***能够被用于测试电子装置。这些电子装置不能被暴露于高压例如由于静电荷的产生而生成的电压下，由于这些暴露将同样导致对装置的损害或者破坏。在这些***中，由于小型化、低功率装置的发展，DUTs中的故障由于静电荷的产生而发生。不需要的静电荷也能够在开环变冷器的输出中独立于所述测试平台而产生。
静电荷产生的一个原因被确定为流动带电现象。流动带电涉及两种不同材料之间的接口上的电荷的交换。流动带电可以在流经管道的低电导率流体中产生。流体保留静电电荷的能力依赖于它的电导率。当低电导率流体流经管道或者通过机械搅拌时，接触诱导的电荷分离，即，流动带电产生。在较高的流体速度和较大的管道直径中电荷产生增加。许多半导体装置对流动带电特别地敏感。闪电是一个静电放电的自然的例子，其中，最初的电荷分离，即流动带电与冰颗粒和暴风雨之间的接触相关。
在应用温度控制设备的测试中，或者在生成冷却的流体的输出中，大量的静电随着湿气体而产生，并且流动带电引起在等于或者低于露点(dewpoint)温度产生静电。具体地，变冷器中的湿冷气体产生冰晶，并且所述冰晶诱导流动带电。所述冰晶，以相似于雷雨的方式不断移动以收集电荷。
在本发明公开的变冷***中，冰晶或冰颗粒在来自流体冷却装置，例如变冷器的流体的温度达到其露点时产生。冰晶的产生导致静电的产生。所述流体中静电的产生比率与流速是成比例的。也就是说，所述流体的较高流速产生较快的电荷累积。在较高的温度设置点，电荷累积减少，这意味着所述冰晶的融化以及电荷累积被中和。由于冰晶而引起的电荷产生的问题延伸至可以引起电荷产生的空气流中的任意粒子，例如从干燥器中逸出的油滴和尘埃干燥剂。
一个可能的方案是限制进入的流体，例如空气、氮气或者其它传热介质至极低的露点以防止冰晶的产生。然而，在许多情况下，***中的流体不能被限制到为了防止电荷产生而需要的低露点。这导致整个测试***的气体干燥***的故障，从而引起高露点气体进入所述干燥器。当高露点气体进入所述干燥器时，冰晶形成，这导致静电电荷生成。一旦冰晶在流体流中形成，它们能够从所述流体冷却装置例如所述变冷器和在***输出的所述流体的释放点(delivery point)的途径中收集电荷。这在投递点生成了电荷收集，从而能够导致静电电荷放电和损害。
在常规的测试***中，为了防止静电电荷放电损害，静电导电的排扰线贯穿整个流体途径，并且静电电荷耗散管道用作所述流体途径。然而，这些技术还没有被证明在温度***中循环的流体中消除电荷收集和电压产生是有效的。
根据本发明公开的内容，过滤器设置在温度控制器(例如在***中使流体变冷的变冷器)之间的点以及所述流体释放的点(例如至测试中的装置(DUT))上。所述过滤器具有尺寸以在特定的尺寸上滤出，即捕捉冰颗粒以防止电荷在流体的出口处累积。在典型的实施方式中，本发明公开的所述过滤器具有捕捉等于或大于2.0μm尺寸的颗粒的能力，如此使得大量的导致显著的电荷产生的冰颗粒被除去。在一些特别典型的实施方式中，本发明公开的过滤器具有捕捉小于10.0μm尺寸的颗粒的尺寸。
本发明公开的所述过滤器捕捉形成于所述变冷器和所述流体释放的点之间的流体途径中的冰晶。在本发明公开的内容中，机械过滤器被***流体途径中以捕捉在流体途径中产生带电电荷的冰颗粒。捕捉等于或小于100μm尺寸的冰颗粒的过滤器开始防止电荷产生，也就是说，在电荷产生中显示某些降低。捕捉等于或小于1.0μm颗粒的尺寸的过滤器优选用于捕捉在流体途径中产生带电电荷的颗粒。然而，由于穿过所述过滤器的压力降的成本及流动限制的制约，防止过滤至低于1μm。根据一些特别典型的实施方式，具有充足的剖面区域的2-10μm的网状过滤器在除去带电颗粒中是有效的，并且限制静电荷产生至可接受的水平。所述过滤器在流体的冷却途径中可以设置在所述冷却装置的流体途径下游的任意位置。
过滤器的***消除或者基本上减少了例如在变冷器的输出途径中由冷却流体中的冰晶产生的静电电荷的产生。这消除或者基本上减少电荷产生的可能性，并且从而防止损害的电压的产生。本发明公开的内容可以应用于例如具有变冷器、具有变冷器和温度控制设备、或者具有变冷器和工件卡盘、或者仅具有冷却流体的变冷器的***，如在本文中详细描述的或者其它类似的***。
图1为根据一些典型的实施方式的温度***的示意性框图。所述温度***可以为例如由美国马萨诸塞州的Temptronic Corporation of Mansfield以为商标出售的温度控制设备。在图1中，流体供应2沿着流体途径6输出流体例如环境空气至变冷器4中。所述变冷器4沿着流体途径8输出冷却的流体至冰颗粒过滤器10。当来自变冷器4的流体的温度达到其露点时，冰晶产生。颗粒过滤器10滤出，即捕捉由在变冷器4中使流体变冷的过程中形成的冰颗粒，以及其它可以在流体流中引起电荷产生的其它颗粒。该过滤的流体沿着流体途径12被提供至控制加热器14。所述控制加热器14根据DUT16设置的温度的需要加热冷却的流体，并将流体输出到DUT16。其中，在此可以改变输出至DUT16的流体的温度，所述控制加热器14可以选择性地激活以升高流体的温度或失活以降低流体的温度。
在一种实施方式中，所述DUT16可以由例如本文后续描述的工件卡盘提供。
图2A为根据一些典型的实施方式的过滤器10的示意性透视图。关于图2A，所述过滤器10包括主体，该主体包括中央部分12和两个末端部分13。在一些特别典型的实施方式中，所述过滤器的主体通过由纺铜管形成的壳形成。铜纺丝过程形成末端部分13。
图2B为根据一些典型的实施方式的图2A的过滤器10的剖面图。关于图2B，所述过滤器10包括在过滤器10的末端部分13中的末端点11，用于连接到所述流体路径的管道。所述过滤器10包括设置根据本发明公开的过滤器网37，以捕捉冰晶。如上文所提及的，在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉等于或者大于2.0μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉等于或者小于10.0μm尺寸的冰颗粒的尺寸。在一些典型的实施方式中，所述过滤器网设置为捕捉等于或者小于100.0μm尺寸的冰颗粒的尺寸。所述过滤器网37通过环39安装到过滤器10的主体的中央部分12的内径中。在一些典型的实施方式中，所述环39可以被卷曲以捕捉过滤器网37的边缘，并且然后被压入到过滤器10的中央部分12的内径中。所述环39可以由例如金属(例如黄铜)制成。
在一些特别典型的实施方式中，所述过滤器网37由不锈钢制成，并且被配置在多层荷兰编织结构中。在一些特别典型的实施方式中，该过滤器网也可以是由美国加利福尼亚州TWP，Inc.of Berkeley制备和销售的丝网(其部件号为325X2300TL0014W48T)的形式。根据本发明公开的内容，所述过滤器网37被配置为具有凹篮形状，如图2B中所示。选择凹篮网的形状和尺寸以限定过滤器网37的整个表面区域，使得跨越过滤器10的整个压力差如期望的那样。影响跨越过滤器10的压力差的其它因素包括过滤器的直径。在一些特别典型的实施方式中，期望的跨越过滤器10的最大压力差等于或者小于20psi。因此，在本发明公开的内容中，所述过滤器10的直径接近2.0英寸，长度接近7.0英寸。根据本发明公开的内容，基于特定的应用和/或需要的跨越过滤器10的最大压力差可以选择其它网格尺寸和表面区域以及其它过滤器直径和长度。
图3为根据典型的实施方式的温度***的示意性框图。图3的温度控制***包括图2A和图2B的颗粒过滤器10。在图3中，流体供应12沿着流体途径21输出流体例如环境空气至变冷器15中。所述过滤器15沿着流体途径18使流体变冷并且输出变冷的流体至冰颗粒过滤器10。当来自变冷器4的流体的温度达到其露点时，冰晶产生。颗粒过滤器10滤出由在变冷器15中使流体变冷的过程中形成的冰颗粒，以及其它可以在流体流中引起电荷产生的其它颗粒。该过滤的流体沿着流体途径22被输出至DUT26。在一些实施方式中，所述DUT26可以由例如本文描述的工件卡盘提供。
值得注意的是，根据本发明公开的内容，该输出的变冷的气体不必直接至DUT。也就是说，本发明公开的内容可以用于任意其中变冷的气体输出甚至独立于任意测试平台的结构。
图4为根据典型的实施方式的温度***的示意性框图。图4的温度控制***包括图2A和图2B的冰颗粒过滤器10。图4示出了通过变冷装置36循环流体的温度***。在一些典型的实施方式中，所述变冷装置36可以供应DUT。循环流体变冷器34包括流体储藏器42、热交换器44和泵40。所述流体储藏器42储藏用于温度***的流体。所述流体储藏器42保持足够的流体以容纳所述温度***在宽的操作温度范围内流体的膨胀和收缩。所述泵40通过***循环流体。所述热交换器44使流体变冷。所述循环流体变冷器34输出变冷的流体至冰颗粒过滤器10。当所述循环流体变冷器34达到在***中循环的流体的露点时，冰晶产生。所述冰颗粒过滤器10滤出由在循环流体变冷器34中使流体变冷的过程中形成的冰颗粒，以及其它可以在流体流中引起电荷产生的其它颗粒。所述过滤的流体沿着流体途径32被提供至变冷装置36。所述变冷装置36可以为例如工件卡盘或晶片卡盘。所述流体通过装置36循环并且沿着流体途径38回到循环流体变冷器34。
如上文所述，在一种实施方式中，图4的变冷装置36为能够提供DUT的工件卡盘，例如下文中与图5相关的详细描述。
在热的和冷的测试***中，工件卡盘或晶片卡盘可以在测试过程中用于保持工件例如半导体晶片。在具体的***中，所述晶片被安装在晶片卡盘的顶部表面，在其底部表面保持以提供主机的支撑结构。真空、静电电荷或其它类型的保持***的晶片具体地被连接至卡盘。
所述卡盘可以包括升高或者降低卡盘表面的温度的温度控制***和所需要的晶片以实现晶片的期望的温度筛选。晶片的温度的这些测试的准确度是很重要的，并且因此尽可能精确地控制卡盘表面的温度。
已经应用不同的方法控制温度。为了允许晶片电路的温度筛选，所述卡盘可以包括用于加热晶片至期望的温度的加热器以及用于冷却需要的晶片的加热池。测试方法与所述卡盘结合然后可以用于在预定的温度范围内的不同温度下分析晶片电路的性能。
所述卡盘可以包括加热器和冷却流体在其中循环的循环***。任选地，温度控制的流体和卡盘加热器可以用于控制工件温度。任选地，仅流体能够用于控制工件温度。
在测试***中循环的流体可以为例如空气、氮气或其它热转移介质。
图5为根据一些典型的实施方式的工件卡盘的剖面图。所述卡盘1包括安装至基板9的较低盘19。所述卡盘1可以为例如2000年2月1日公布的美国专利号6,019,164(标题为“工件卡盘”，属于Temptronic Corporation，其全部内容通过引用结合于本文)中、2000年6月13日公布的美国专利号6,073,681(标题为“工件卡盘”，属于Temptronic Corporation，其全部内容通过引用结合于本文)中、2001年12月11日公布的美国专利号6,328,096(标题为“工件卡盘”，属于Temptronic Corporation，其全部内容通过引用结合于本文)中、2001年7月6日公布的美国专利号6,700,099(属于Temptronic Corporation，其全部内容通过引用结合于本文)中、2004年6月1日公布的美国专利号6,744,270(标题为“用于自动测试的温度控制的热学平台”，属于Temptronic Corporation，其全部内容通过引用结合于本文)中和/或由Temptronic Corporation制造和销售的任意卡盘中描述的类型。
卡盘1的顶部表面3可以用于在处理过程中支持平的工件或DUT20例如半导体晶片。为了实现温度循环，流体通过其能够被循环的加热池5和电加热器7能够用于加热晶片20。温度控制***可以通过所述加热池5控制加热器7、温度和流体的流动以控制卡盘的温度，并且因此控制在测试20下的晶片的温度。流体通过吸油管路13进入加热池5，并且通过回油管17出加热池5。所述流体可以为液体或气体。
关于图1、图3、DUTs16和DUTs26可以由例如结合图5描述的工件卡盘供应。
在图1和图3的一种具体实施方式中，所述DUTs16和DUTs26可以由如2004年6月1日公布的美国专利号6,744,270(标题为“用于自动测试的温度控制的热学平台”，属于Temptronic Corporation，其全部内容通过引用结合于本文)中描述的类型的卡盘供应，其中，热学平台由多孔热传导材料制成。在该具体实施方式中，所述温度控制的流体从图1中的控制加热器14和图3中的流体途径22中输出，通过热学平台的多孔材料进入并且放射状地扩散。所述DUTs16和DUTs26的温度通过经过热学平台的流体的温度的控制过程而控制。
根据本发明公开的典型的具体实施方式，流动带电基本减少。在变冷器和流体的释放点之间的流体途径中形成的导致显著的电荷生成的冰晶被除去。所述冰晶通过过滤器捕捉，该过滤器限定至捕捉冰晶和其它可能产生电荷的颗粒的尺寸。所述过滤器消除静电电荷收集。因此，当所述流体输出时，释放的点不经受作为静电荷生成的结果的高电压。
虽然参考优选的实施方式对本发明进行了特别地图示和描述，但本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节的不同变化。

Claims (28)

1.用于提供冷却流体的温度***，该温度***包括：
流体源；
冷却装置，所述冷却装置用于使由所述流体源提供的冷却流体变冷以生成变冷的流体并且输出该变冷的冷却流体；以及
过滤器，所述过滤器接收来自所述冷却装置的变冷的冷却流体，所述过滤器具有捕捉变冷的冷却流体中的冰颗粒的尺寸的过滤器网。
2.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有大于或等于2μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
3.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于10μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
4.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于100μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
5.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述冷却流体包括气体。
6.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述冷却流体包括液体。
7.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述过滤器网包括不锈钢。
8.根据权利要求1所述的温度***，其中，所述过滤器网为荷兰编织结构。
9.用于提供温度控制的流体的温度控制***，该温度控制***包括：
流体源；
流体变冷器，所述流体变冷器从所述流体源接收流体，使所述流体变冷以生成温度控制的流体并且输出所述温度控制的流体；以及
过滤器，所述过滤器接收所述温度控制的流体，所述过滤器具有捕捉所述温度控制的流体中的冰颗粒的尺寸的过滤器网。
10.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有大于或等于2μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
11.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于10μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
12.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于100μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
13.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述温度控制的流体包括气体。
14.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述温度控制的流体包括液体。
15.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述过滤器网包括不锈钢。
16.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述过滤器网为荷兰编织结构。
17.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述温度控制***还包括用于加热所述温度控制的流体的加热器。
18.根据权利要求17所述的温度控制***，其中，所述加热器接收来自所述过滤器的所述温度控制的流体。
19.根据权利要求18所述的温度控制***，其中，所述温度控制的流体被引至测试中的装置(DUT)上以控制DUT中的温度。
20.根据权利要求9所述的温度控制***，其中，所述温度控制的流体被引至测试中的装置(DUT)上以控制DUT中的温度。
21.用于卡盘的温度控制***，所述温度控制***包括：
循环流体变冷器，所述循环流体变冷器用于生成变冷的流体，该循环流体变冷器包括：
泵，所述泵用于通过所述***和所述卡盘循环流体，以及
热交换器，所述热交换器使所述流体变冷以生成所述变冷的流体并且输出所述变冷的流体至所述卡盘；以及
过滤器，所述过滤器位于所述热交换器和所述卡盘之间，所述过滤器具有捕捉所述变冷的流体中的冰颗粒的尺寸的过滤器网。
22.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有大于或等于2μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
23.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于10μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
24.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述过滤器网设置为捕捉具有小于100μm尺寸的冰颗粒的尺寸。
25.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述变冷的流体包括气体。
26.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述变冷的流体包括液体。
27.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述过滤器网包括不锈钢。
28.根据权利要求21所述的温度控制***，其中，所述过滤器网为荷兰编织结构。
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